TC4钛合金喷丸强化表面完整性研究

发布时间：2017-03-17 08:05

  本文关键词：TC4钛合金喷丸强化表面完整性研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：TC4钛合金由于比强度高、中温性能稳定等优点成为最早用于制作航空发动机的压缩机叶片和涡轮盘的钛合金,但较差的抗疲劳性能限制了其在航空航天工业的应用发展。喷丸强化技术是提高金属材料的疲劳性能及抗应力腐蚀能力的有效手段之一。本文采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、维氏硬度计、表面轮廓仪及疲劳试验机等设备,针对钢丸干喷丸强化和陶瓷丸湿喷丸强化的表面强化工艺特点,系统地研究了喷丸强化后TC4钛合金的表面完整性及疲劳性能。TC4钛合金经过钢丸干喷丸强化后,表层产生较大残余压应力场。随喷丸强度增加,表层残余应力值、最大残余压应力及残余压应力场深度均逐渐增加,最大残余压应力位于次表层约301μm：表层组织加工硬化效果明显,加工硬化层与残余应力场的深度基本一致；表面粗糙度Ra值随喷丸强度增加而增大。表层组织由等轴晶组织转变为纤维状组织结构。0.3 mmA喷丸强度下,纤维状组织结构层深约100 μm。采用湿喷丸强化工艺对TC4钛合金进行表面强化处理,研究了喷丸强度和覆盖率参数对表面完整性的影响规律。实验结果表明：湿喷丸强化在合金表面引入残余压应力场,随喷丸强度增加,最大残余压应力及残余应力场深度逐渐增加。最大残余压应力位于次表层约25 μm；在较低强度(0.1～0.2mmN)下,Ra值增加不明显,试片表面机械加工划痕消失,粗糙度值和原始态接近或降低,在喷丸强度较高时,Ra值增加明显。经过湿喷丸强化后,表层组织发生循环塑性形变,表现出显微硬度增加、衍射峰宽化、晶粒细化及晶格畸变程度增大等特点。增加覆盖率可以降低表面粗糙度,但覆盖率过高时,残余压应力场影响深度减小,表层组织出现加工软化现象。疲劳实验结果表明,湿喷丸强化处理能够有效提高TC4合金在低应力下的疲劳寿命,其改善效果和喷丸强度之间不是单调关系,即存在最优喷丸工艺参数。实验结果显示在喷丸强度为0.3 mmN和覆盖率为400%时,疲劳寿命改善效果最为显著。通过TC4钛合金疲劳试样断裂断口分析发现,未经喷丸强化原始试样的疲劳裂纹源位于试样的表面,而经过湿喷丸强化后,疲劳裂纹源萌生于试样的次表层。湿喷丸强化处理对于TC4钛合金疲劳裂纹源的萌生及裂纹稳态扩展的第一阶段产生重要影响。
【关键词】：TC4钛合金 喷丸强化 表面完整性 疲劳强度
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG668;TG146.23
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-22
• 1.1 钛合金概述9-12
• 1.1.1 钛合金的分类9-10
• 1.1.2 TC4钛合金10-11
• 1.1.3 钛合金的应用11-12
• 1.2 喷丸强化技术的研究现状12-20
• 1.2.1 喷丸强化技术分类13-16
• 1.2.2 喷丸强化工艺16-18
• 1.2.3 喷丸强化机制18-20
• 1.3 选题意义和研究内容20-22
• 1.3.1 选题意义20-21
• 1.3.2 研究内容21-22
• 2 实验材料与实验方法22-31
• 2.1 实验材料22-23
• 2.2 研究方法23
• 2.3 喷丸强化处理23-25
• 2.4 表面完整性分析25-29
• 2.4.1 表面三维形貌及粗糙度25
• 2.4.2 残余应力25-28
• 2.4.3 显微组织结构28-29
• 2.4.4 显微硬度29
• 2.5 疲劳性能测试29-31
• 3 干喷丸强化对TC4钛合金表面完整性的影响31-38
• 3.1 表面形貌31-33
• 3.2 残余应力33-34
• 3.3 显微硬度34-35
• 3.4 微观组织结构35-36
• 3.5 本章小结36-38
• 4 湿喷丸强化对TC4钛合金表面完整性的影响38-49
• 4.1 喷丸强度参数对表面完整性的影响38-44
• 4.1.1 表面三维形貌38-40
• 4.1.2 残余应力分析40-41
• 4.1.3 显微硬度分析41-42
• 4.1.4 组织结构分析42-44
• 4.2 覆盖率参数对表面完整性的影响44-48
• 4.2.1 表面三维形貌44-46
• 4.2.2 显微硬度分析46-47
• 4.2.3 残余应力分析47-48
• 4.3 本章小结48-49
• 5 湿喷丸强化对TC4钛合金疲劳性能的影响49-58
• 5.1 拉-拉疲劳性能49-53
• 5.2 疲劳断口形貌53-57
• 5.3 本章小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-63
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况63-64
• 致谢64-65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 赵立海,来庆秀;液体喷丸效果的影响因素及应用[J];汽轮机技术;2004年02期

2 马壮;李应红;任旭东;周磊;;航空铝合金激光喷丸强化研究[J];制造技术与机床;2007年10期

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本文编号：252584